云棲小鎮(zhèn)國際會展中心空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

陳金花 樓平 張力

浙江省建筑設(shè)計研究院

1 工程概況

該會展中心（圖 1）地上一層，局部三層，地下二層，總建筑面積66200 m2，其中地上27071 m2，地下 39129 m2，建筑總高度12.3 m。地下一二層為機動車庫及設(shè)備用房。地上一層為室內(nèi)展館，局部三層為辦公、會議及其附屬配套用房。其中地面一層會展層高 9.3 m（低于室外地面 3.0 m）、其他部分層高 6.3 m（高于室外地面 0.1 m），局部二層區(qū)域地上二層，層高 4.5m”，地下室層高3.8 m，建筑屋頂為浙江省首個擁有立體跑道的空中立體公園。項目自2017 年建成已連續(xù)三年作為國際“云棲大會”的主會場之一，四次展會總共接待參展人數(shù)超50 萬人以上，是杭州市·之江板塊的地標(biāo)性建筑。該建筑展會外時間均對市民開放，填補該區(qū)域配套服務(wù)設(shè)施，是產(chǎn)業(yè)交流的樂園/全體居民的體育運動健身場所以及居民靜心休憩的美好城市空間。

圖1 云棲小鎮(zhèn)國際會展中心鳥瞰實景

2 冷熱源及末端系統(tǒng)形式

經(jīng)負荷計算，展廳區(qū)塊夏季空調(diào)峰值冷負荷 2280 kW，冬季空調(diào)峰值熱負荷1500 kW。配套商業(yè)辦公等夏季空調(diào)峰值冷負荷 1056 kW，冬季空調(diào)峰值熱負荷795 kW。單位空調(diào)面積冷負荷指標(biāo)123.2 W/m2。單位空調(diào)面積熱負荷指標(biāo)84.8 W/m2。根據(jù)業(yè)主對使用功能的不同需求，一層通高展館主要用于展會和平時的健身休閑，局部三層的商業(yè)餐廳、辦公附屬用房同時具備工作人員的日常辦公功能，本案將展廳和附屬配套劃分為兩個空調(diào)系統(tǒng)：其中展廳區(qū)域采用中央空調(diào)水系統(tǒng)，辦公等附屬配套用房采用VRF 多聯(lián)式變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)。

2.1 冷熱源側(cè)選用

浙江省是綠色建筑節(jié)能技術(shù)先行示范地，為貫徹執(zhí)行節(jié)約資源和保護環(huán)境的國家技術(shù)政策，本地塊規(guī)劃用地要求實現(xiàn)綠建二星級要求，具體主機要求如表 1（與現(xiàn)行國家標(biāo)準 GB50189《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準》 相比）所示。

表1 綠建二星級主機具體要求

展館區(qū)空調(diào)面積 12000 m2，空調(diào)峰值負荷 2280 kW，結(jié)合本項目功能特征，考慮到整個系統(tǒng)的節(jié)能性和使用合理性同時相應(yīng)國家節(jié)能減排號召，展館區(qū)采用蒸發(fā)式冷凝螺桿熱泵機組[1]三臺，額定制冷制熱量分別為710 kW/570 kW。冷凍水供回水7/12 ℃。循環(huán)熱水供回水 45/40 ℃。設(shè)備放置于本案北面非人員主入口區(qū)，側(cè)面由綠化遮掩。辦公附屬配套區(qū)域總裝機容量 504HP,VRF 多聯(lián)機空調(diào)室外機放置于地下一層和二層設(shè)備夾層，無任何室外設(shè)備裸露在人眼可見區(qū)域。同時消控室，機房等特殊使用性場所預(yù)留商用分體機。

由于本案體量并不大，最遠管線輸送距離 258 m，空調(diào)冷熱水系統(tǒng)采用一級泵變流量水系統(tǒng)[2]，循環(huán)水泵與主機一一對應(yīng)，集中設(shè)置于室外設(shè)備平臺?？照{(diào)水系統(tǒng)采用兩管制系統(tǒng)，冷熱合用管道。在回水總管設(shè)置靜態(tài)流量平衡閥，以平衡各路水量，空調(diào)冷熱水采用真空脫氣閉式定壓補水方式，系統(tǒng)定壓點壓力為 0.55 MPa，補水泵起泵壓力為0.50 MPa，停泵壓力為 0.60 MPa?？照{(diào)水系統(tǒng)最大工作壓力為0.92 MPa，水系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備及所有管件、閥門、設(shè)備承壓均按 1.0 MPa 選用。具體原理圖如圖2 所示。

圖2 中央空調(diào)水系統(tǒng)原理圖

2.2 空調(diào)末端形式選用

展廳為 9.3 m 層高大開間單層建筑，展館面積 12000 m2，一次回風(fēng)，夏季送風(fēng)干濕球溫度分別為 12.9 ℃/12.6 ℃，冬季送風(fēng)干濕球溫度分比為 21.2 ℃/14.0 ℃，設(shè)計采用總風(fēng)量 384000 m3/h，空氣處理機組機位成為一個較為關(guān)鍵的問題，綜合多年設(shè)計經(jīng)驗，設(shè)計擬采用三種方案，對比如圖2 所示。

表2 三種空氣處理機方案對比

在考慮全國首個空中跑道的高標(biāo)準地標(biāo)性建設(shè)需求以及業(yè)主對展館面積的精準計量，經(jīng)過各方面綜合比較，即使承擔(dān)較大的噪聲和舒適性風(fēng)險，設(shè)計愿意做出讓步和創(chuàng)新，同時借鑒相關(guān)高大空間的送風(fēng)做法[3]，最終確定第三方案為實施方案。

本案設(shè)計采用風(fēng)量為8000CMH 吊裝組合式空氣處理機組共 48 臺，溫感球形噴口送風(fēng)，組合式空調(diào)箱 配置回風(fēng)，靜電除塵+板式初效，盤管，送風(fēng)機，均流段以及消聲段等六個功能段保證送風(fēng)空氣溫濕度潔凈度以及噪聲控制。新風(fēng)獨立設(shè)置，新風(fēng)采用 3 臺 12000 m3/h 和 4 臺 8000 m3/h 熱泵熱回收型溶液調(diào)濕新風(fēng)機組球形噴口送風(fēng)。

底層會議室、辦公室、餐廳等根據(jù)精裝修要求提供VRF 空調(diào)室內(nèi)機為空調(diào)區(qū)域提供冷卻去濕加熱供熱需求，配套新風(fēng)回風(fēng)全熱交換器節(jié)能。二、三層辦公采用單向嵌入式 VRF 室內(nèi)機為房間提供冷卻去濕空氣處理，配套一臺風(fēng)量為 8000 m3/h 轉(zhuǎn)輪熱回收全新風(fēng)屋頂式風(fēng)冷熱泵機組為辦公會議提供處理新風(fēng)。多功能廳采用落地內(nèi)藏式 VRF 空調(diào)室內(nèi)機為空調(diào)區(qū)域提供冷卻去濕加熱供熱需求，配套新風(fēng)回風(fēng)全熱交換器節(jié)能。

3 主要技術(shù)特色

3.1 蒸發(fā)式冷凝螺桿熱泵機組在民用項目上的應(yīng)用

常規(guī)體量不大的建筑在夏熱冬冷地區(qū)多采用風(fēng)冷熱泵機組實現(xiàn)室內(nèi)溫濕度控制，本案采用了性能系數(shù)較高的蒸發(fā)式冷凝螺桿熱泵機組作為冷熱源。蒸發(fā)式冷凝螺桿熱泵機組一體化設(shè)計，內(nèi)置冷卻水泵，將水冷凝器的換熱器部件置于冷卻塔內(nèi)直接散熱，將兩個設(shè)備合二為一，省去從冷凝器到冷卻塔傳遞用的冷卻水泵，轉(zhuǎn)變單相冷卻流體用顯熱溫升來冷卻物料的方法，主要通過水的潛熱帶走熱量。該機組循環(huán)水量為傳統(tǒng)冷卻塔方式的50%～70%，有效地降低了冷卻水泵的輸出功率。同時，冷凝溫度比冷卻塔方式降低 3～11 ℃，從而節(jié)約能耗25%～40%。再者，減少設(shè)備安裝體積，整體裝配式結(jié)構(gòu)使得安裝維護十分方便，美化建筑外觀。本項目采用了三臺蒸發(fā)式冷凝螺桿熱泵機組提供夏季冷負荷和冬季熱負荷，設(shè)備布置在下凹室外平臺，底標(biāo)高-3.8 m，一側(cè)為石墻，另一側(cè)為汽車坡道入口，設(shè)備散熱和吸熱的可行性在設(shè)計時均做過一比一的通風(fēng)模擬，保證機組吸散熱順暢不受阻礙，同時對立面不造成任何影響和破壞。項目已度過兩個制冷季和兩個供暖季，選用的蒸發(fā)式冷凝螺桿熱泵機組實測COP＞4.0，比傳統(tǒng)風(fēng)冷熱泵機組高出至少1.0，高效節(jié)能，設(shè)備實際運行噪聲在 68-75dB(A)的可控范圍。夏季工況下，實際運行蒸發(fā)冷水機組冷凝溫度 36.5 ℃，供回水溫度9.1/13.6 ℃，室內(nèi)舒適無吹風(fēng)感。

3.2 吊裝組合式空氣處理機組在大空間區(qū)域的應(yīng)用

常規(guī)的設(shè)計做法一般將組合式空調(diào)箱均放置在空調(diào)機房內(nèi)，本案展廳單層層高 9.3 m，為節(jié)約空調(diào)機房面積且保證布展的高大空間和通透性（未來可作為體育運動場所的規(guī)劃），室內(nèi)組合式空調(diào)箱均沿柱邊做吊裝處理，每臺空調(diào)箱負責(zé)空調(diào)區(qū)域面積為 27 m×9 m，每臺空調(diào)箱設(shè) 4 個球形感溫噴口送風(fēng)，噴口射程 27 m。在設(shè)計和施工階段通過制定每臺空調(diào)箱的吊裝方案，減震措施及機組風(fēng)機葉輪風(fēng)壓選型等方法控制機組噪聲和震動。室內(nèi)美觀整齊，大大節(jié)約了機房安裝空間并且在展廳內(nèi)幾乎不見任何風(fēng)管，梁高1 m，室內(nèi)凈空8 m。

夏季工況下，實際運行中48 臺空調(diào)箱分3 批陸續(xù)開啟，室內(nèi)預(yù)冷時間約為40 分鐘，室內(nèi)噪聲62dB(A)，室內(nèi)溫度 25.8 ℃，氣流穩(wěn)定。旋流球形溫控風(fēng)口可通過紅外傳感自動調(diào)節(jié)風(fēng)口朝向[4]，冬季噴口向下 15° 角。設(shè)計階段為每個風(fēng)口做CFD 流線模擬，實際運行中射程范圍27 m，室內(nèi)實測各個點風(fēng)速較為均勻，人員活動區(qū)最不利點風(fēng)速不超過1.5 m/s。室內(nèi)空調(diào)箱布置與室內(nèi)裝修完美結(jié)合，毫無違和感。

3.3 熱泵熱回收型溶液調(diào)濕新風(fēng)機組的應(yīng)用

常規(guī)的組合式空調(diào)箱均配置新風(fēng)回風(fēng)口，新風(fēng)不做熱回收處理。本案屬于政府投資且面積超過2 萬m2，按照浙江省綠色建筑標(biāo)注要求，本案需達到綠建二星。展館新風(fēng)均設(shè)置了溶液熱回收，設(shè)計采用熱泵熱回收型溶液調(diào)濕新風(fēng)機組[5]，機組尺寸高大魁梧 3.1 m(L)×1.5 m(W)×2.5 m(H)，原設(shè)計利用樓梯間的電梯廳夾層作為新風(fēng)機房，安裝控件緊湊局促，在實際施工安裝階段，為設(shè)備搬運和安裝制作了專門的吊裝施工方案，保證了日后機組的正常穩(wěn)定運行。實際運行中新風(fēng)機組出風(fēng)溫度18 ℃，相對濕度69%，出風(fēng)均勻，制冷良好。

3.4 設(shè)備平臺設(shè)置的合理隱蔽

不論風(fēng)冷熱泵，冷卻塔，VRF 外機以及鍋爐房都需要占用較多的室外空間或者室內(nèi)的設(shè)備用房。本項目三臺蒸發(fā)式冷凝螺桿熱泵機組位于建筑用地北側(cè)，毗鄰汽車坡道，設(shè)備平臺下凹-3.8 m，平臺尺寸 27 m (L)×7.0 m(W)×3.8(H)。機組尺寸：7 m(L)×2.3 m(W)×3.2 (H)，平臺頂設(shè)置可上人鋁合金方格地面，三側(cè)由綠化遮擋，既達到通風(fēng)效果又相對隱蔽不容易被人發(fā)現(xiàn)。VRF 外機充分利用屋頂?shù)牧Ⅲw跑道高差，將其設(shè)置在夾層內(nèi)，側(cè)面開啟送排風(fēng)百葉，VRF 各模塊由導(dǎo)風(fēng)管接至外墻百葉處，下側(cè)進風(fēng)，上部排風(fēng)，氣流組織合理有效。同時，部分不常用VRF 外機（如會議區(qū)，多功能區(qū)）布置于地下二層和地下一層的汽車庫，利用汽車庫冬暖夏涼的恒定室內(nèi)環(huán)境溫度有效提高 VRF 的性能系數(shù)，實測 COP 高達4.5，節(jié)能效果明顯。

4 結(jié)論

本文對高大空間如展覽等有特殊功能場所的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計提供了一種新的設(shè)計思路。首先在冷熱源選擇方面，為蒸發(fā)式冷凝螺桿熱泵機組在民用建筑中的應(yīng)用提供較為成熟的案例和參考性，同時對于組合式空氣處理機組吊裝于室內(nèi)空間的做法也有了針對性的措施和方案，可供大家借鑒。